作者:宋檢 時間:2022-12-08 來源:互聯(lián)網(wǎng)
楊樹適應性強、速生性突出,是我國面積*大、分布*廣的生態(tài)綠化樹種和工業(yè)用材樹種,也是重金屬污染植物修復的重要樹種。在面對干旱缺水和重金屬污染時,楊樹如何能做到“逆境成材”?西北農(nóng)林科技大學青年教師張一帶領的科研團隊,從2015年至今持續(xù)開展系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)增加氮營養(yǎng)對于楊樹耐受干旱及重金屬脅迫具有重要作用。5月16日,該研究團隊多項成果之一的論文在國際知名期刊《生態(tài)毒理學和環(huán)境安全》(《Ecotoxicology and Environmental Safety》)上發(fā)表。
由于干旱缺水的西北地區(qū)多沙質(zhì)土,其蓄水保肥能力差,夏季短時間的降水往往導致土壤中的營養(yǎng)元素流失。缺水再加上營養(yǎng)不良,楊樹的生長和抵抗病蟲害的能力就受到嚴重抑制。
“給點氮素它就會脫離困境。”張一介紹,他們的研究團隊發(fā)現(xiàn),與低氮相比,適量氮素添加促進了楊樹細根的增生,增加了木質(zhì)部導管發(fā)生頻率,增強了干旱下木質(zhì)部的適應性發(fā)育,從而提高了干旱下水力學安全性;氮素增加了葉片脫落酸、游離脯氨酸和類胡蘿卜含量,促進了氣孔的調(diào)控,提高了瞬時水分利用效率,增強了楊樹耐干旱能力。部分關(guān)鍵基因在適量供氮后得到激活,這些基因包括:激素信號轉(zhuǎn)導組分,抗氧化酶生物合成基因,次生代謝特別是苯丙烷和類黃酮生物合成途徑基因等。
在一些經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū),楊樹常被委以修復土壤重金屬污染的重任。而這些地區(qū)多為半濕潤和濕潤地區(qū),楊樹生長不缺水,但應對強大的“污染之敵”往往力不從心。該團隊研究認為,充分供氮能夠給楊樹以力量。
另外,該團隊研究表明,在鎘污染-低氮雙重脅迫下楊樹木質(zhì)部的次生生長受到嚴重抑制,其抑制在充分供氮下得到部分緩解。在充分供氮時,莖的鎘生物富集系數(shù)在中度、重度鎘污染下分別達到3.07和0.91,莖干鎘積累量在重度鎘污染下達到每株164微克 。充分供氮提高了楊樹莖內(nèi)的激素及抗氧化物質(zhì)水平,增強了抗氧化防御;同時也促進了莖干次生生長和木質(zhì)部發(fā)育,這兩個因素共同增加了楊樹莖干對鎘的生物學富集效率,促進了楊樹對重金屬污染土壤的生物學修復。
另外,張一他們還發(fā)現(xiàn),氮素顯著改變了楊樹葉片的鎘積累特征及抗性適應策略。在充分供氮時,隨著鎘污染時間和強度的增加,葉片對鎘的富集系數(shù)和積累量增加,此過程中葉綠素濃度及凈光合速率未顯著降低,表明葉片保持了較強的鎘耐受能力,這源于葉片內(nèi)較高水平的內(nèi)源激素、酶類抗氧化物質(zhì)和非酶類抗氧化物質(zhì)含量,以及多個抗氧化酶合成基因的上調(diào)表達。
該團隊的其他研究成果還先后發(fā)表于《BMC 植物生物學》(《BMC Plant Biology》)《環(huán)境和實驗植物學》(《Environmental and Experimental Botany》)等國際期刊。相關(guān)研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、學校引進人才啟動項目等支持。
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